XQ6225铣床主轴箱8级传动设计说明（庄期顺）3

目录
一引言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1二设计任务分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 三方案的初步拟定- - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - 3 四方案的详细设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 （一）传动结构及转速的计算-- - - - - - - - - - - - - - - - 6
1、传动结构的确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -6
2、电动机型号选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7
3、转速的计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 （二）齿轮传动主要参数的确定及齿轮零件工作图绘制- - - - - 8 （三）输出轴的结构设计- - - - - - - - - - - - -- - - - - - 12 （四）输出轴的校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -13（五）绘制输出轴的工作零件图- - - - - - - - - - - - - - - -15 五其他选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -15 （一）联轴器的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 （二）轴承的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 （三）零件材料的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16 （四）润滑形式的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16 六小结展望- - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -17 七谢辞- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 八参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 九附图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20
XQ6225铣床主轴箱8级传动设计说明书（中南大学成教学院 2004机械制造工艺庄期顺）
一引言
在现代社会中，机器已经成为人类生产和生活中用以代替或减轻人的体力劳动和辅助人的脑力劳动，以提高生产效率和产品质量的主要工具，更是完成人类无法从事或难以完成的危险劳动的重要工具。

工业是国家和社会发展的支柱产业。

只有发展工业，才能保证国民经济的持续增长，改善人民的生活条件，保持社会的稳定，使我国的国防、教育和科学技术等的发展获得根本保障。

要发展工业，就要用先进、适用的机械科学技术和现代化的装备来武装，用科学管理的方法不断提高产品的质量，提高劳动生产率，改善劳动条件，增加经济效益。

随着科学技术的发展，现代机械已经深入到社会生产的各个领域和人们生活的各个角落。

机械已成为代替或减轻人的体力劳动。

提高产品质量的主要手段。

在人类生产和生活只使用机械的程度，已经成为整个社会发展水平的重要标志之一。

我国工业虽然起步较晚，但发展很快，进入21世纪后，我国加入WTO的良好机遇，将会对我国在创造自己的知名品牌。

树立中国产品的形象和地位，发展有中国文化特色的设计风格，增强我国企业在国际国内市场的竞争方面起到特别重要的意义。

工业的发展关系到国家经济的发展。

要取得较好的经济效益，就需要对现有机械进行不断的改进，为市场提供优质价廉的机械产品。

同时设计开发种类繁多性能优
良的新机械。

已适应市场不断变化的需求。

所以继续伟大创新设计是对原有的机械产品，并最终制造出具有特定功能的能满足人们生活和生产的各种产品。

铣床在机械加工中应用非常广泛，加工范围广。

可用各种不同的铣刀，可实现多种表面的加工，如:平面、斜面、花键、齿轮T形槽、凸轮、螺旋面、成形表面等。

适用于各行业的单件小批生产的机械加工，能够满足人们生产生活的要求。

二设计任务分析
本设计任务是“XQ6225铣床主轴箱8级传动设计”。

根据设计任务的分析,本设计的难点是如何通过齿轮啮合来实现8级传动,使主轴输出转速最高为1650r/min，最低为45r/min。

可考虑通过一个四联滑移齿轮和一个二联滑移齿轮组成。

能使主轴箱能够实现8级转速，达到变速范围。

本设计是为了适应市场不断变化和社会发展的需要，主要是为了满足生产的需要.适应家庭及中小企业的生产需要.具有性能优良.加工范围广。

可实现多种表面的加工。

适和各行业的单件小批生产的机械加工要求,可以手动操作，箱体的高度符合人体工程学设计，使设计满足使用要求，提高人的工作能效。

因此我们所设计的产品需遵循以下几个方面的条件：
1、适应性
我国选择工业机械，最主要的是看其能否满足生产的需要，能否达到一定的铣削精度，能否达到表面粗糙度的要求。

2、可靠性
工业机械的作业时间较长，一般为每年工作300天左右，在满足作业要求的前提下，机器应结构简单，性能好，操作方便，工作可靠（使用可靠性大于90%），寿命长，做到不误工厂生产。

3、经济性
所设计的机械应有较高的生产效率，较少的动力消耗和较广的加工应用范围。

同时应尽量考虑综合利用，提高使用效率。

4、其他
选择机械时还应注意主要工作部件或关键零部件应有安全装置，易于保养维修，调整、装卸方便，易损件具有通用性。

三方案的初拟定
根据以上的设计要求分析，并考虑铣床主轴箱主输出轴转速为8级，可以分为以下三种方案:
1、4X2(主传动系统图如图3-1)
该传动从图中可知,它有四根轴,轴Ⅰ--Ⅳ,其中轴Ⅳ为主轴Ⅰ- Ⅱ轴之间有一传动组,Ⅱ-Ⅲ轴之间有传动组(四对传动副)Ⅲ-Ⅳ轴之间有传动组(二对传动副)。

Ⅲ Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
图3-1 4X2=8级传动系统图
2、2X4(主传动系统图如图3-2)
该传动从图中可知,它有四根轴,轴Ⅰ--Ⅳ,其中轴Ⅳ为主轴Ⅰ- Ⅱ轴之间有一传动组,Ⅱ-Ⅲ轴之间有传动组(二对传动副)Ⅲ-Ⅳ轴之间有两组传动组(四对传动副)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
图3-2 2X4=8级传动系统图
3、2X2X2(主传动系统图如图3-3)ⅠⅡⅢⅣⅤ
该传动从图中可知,它有四根轴,轴Ⅰ--Ⅳ,其中轴Ⅳ为主轴Ⅰ- Ⅱ轴之间有一传动组,Ⅱ-Ⅲ轴之间有传动组(二对传动副)Ⅲ-Ⅳ轴之间有一传动组(二对传动副) Ⅳ-Ⅴ轴之间有一传动组(二对传动副)
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅴ
Ⅳ
图3-3 2X2X2=8级传动系统图
经过比较(1)方案比较合理。

因为(3)方案的结构设计多了一根轴，如果将传动副较多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多节省材料，还可以使主轴箱结构紧凑，也是所谓的传动副前多后少的原则。

四 方案的详细设计
（一）传动结构及转速的计算
1、传动结构的确定
这一步的实质是安排扩大顺序，即安排这三个变速组的哪一个作基本组，哪一个作第一扩大组等。

对于8=4X2的传动方案，可能有结构网和结构式有二个。

如图所示
图4-1 (a)41248⨯=
图4-2 (b)14248⨯=
在(a)(b)两个方案中选择一个最好的方案，其选择原则是，选择中间(12)变速范围最小的方案。

因为如果同轴上的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可使传动件(轴和齿轮)的尺寸减小变速箱的结构紧凑，反之，如果同轴上的最低转速相同，则变速范围小的最高转速低，可减小振动和噪声，提高变速箱的质量，降低制造成本，通过比较，两个方案中(a)23轴的变速范围最小。

所以(a)的方案最佳。

该方案的特点是扩大顺序与传动顺序一致。

因此，在没有特殊要求的情况下，在安排扩大顺序(写结构式或画结构网)时应尽量与传动顺序一致。

2、电动机型号选择
查《机械零件设计手册》选相异步电动机型号为：Y112-4，功率为4KW ，满载转速1440r/min
3、转速的计算
根据对毕业设计任务的参数确定后，再结合生产实际任务要求和国家标准，最终选定了现在的设计方案。

将铣床主轴箱传动设计如下：
电动机
转速1440
r/min
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
图图4-3 主轴箱传动原理图
各级转速的计算结果如下：
电动机转速1440r/min
2409644
1793006581223Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
图图
4-4 转速图
一级转速min /4450227622791914401r n =⨯⨯⨯
= 二级转速min /9650226038791914402r n =⨯⨯⨯
= 三级转速min /17950224553791914403r n =⨯⨯⨯
= 四级转速min /24050
223860791914404r n =⨯⨯⨯
=
五级转速min /30018547622791914405r n =⨯⨯⨯
= 六级转速min /6581854
6038791914406r n =⨯
⨯⨯= 七级转速min /12231854
4553791914407r n =⨯
⨯⨯= 八级转速min /164018
54
3860791914408r n =⨯
⨯⨯=
（二）齿轮传动主要参数的确定及齿轮零件工作图绘制
Ⅰ).齿面疲劳强度设计（轴Ⅰ-Ⅱ间的啮合齿轮传动为例） 1、选择齿轮材料，热处理方法，精度等级，齿数Z 1，Z 2及齿宽系数φd 。

考虑到该机床的功率不大，故大小齿轮选用45钢调质处理齿面硬度分别为220HBS 、260HBS ，粗糙精度7级，小齿轮齿数Z 1=19，大齿轮齿数Z 2=79，齿宽系数φd =0.2，U=
19
79
=4.1。

2、确定公式中各参数 1）载荷系数
d 1t ≥2.3232
11⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⨯±⨯H E Z u u d KT σφ 试选K t =1.5
2）小齿轮传递的转矩 T 1 T 1=9.55×106
1
n P
=9.55×106×14404=2.6×104 N ·mm
3）材料系数Z E （查资料得） Z E =189.8MPa
4）大小齿轮的接触疲劳强度极限б1
lim H ，б
2
lim H （查资料得）
б
1
lim H =600 Mpa ，б
2
lim H =560 Mpa
5）应力循环次数
N 1=60njL h =60×1400×10×300×16=4.032×109 N 2=N 1/u=4.032×109/4.1=4.0×109 6）接触疲劳寿命系数K HN2 ，K HN1 K HN1=0.9 K HN2=0.93 7）确定许用接触应力[]1H σ，[]2H σ 取安全系数S H =1
[]1H σ=H
H HN S K 1lim 1σ⨯=1
6009.0⨯=540 Mpa
[]2H σ=H
H HN S K 2lim 2σ⨯=1
56093.0⨯=520.8 Mpa
3、设计计算 1）齿轮分度圆直径d 1t 取[]H σ=[]2H σ
d 1t ≥2.32348.5202.1891.411.44.0106.25.1⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⨯+⨯⨯⨯=50.5mm 2）计算圆周转速v v=
1000
601
1⨯n d t π=600001440
5.5014.3⨯⨯=1.88m/s
3）计算载荷系数K
查资料得:使用系数K A =1，根据V=1.88 m/s,7级 动载荷系数 K A =1.1,查资料得 K B =1.15,则 K=K A ×K V ×K β=1×1.1×1.15=1.265 4）校正分度圆直径d 1 d 1=d 1t 3
t k k =50.535
.1265
.1=47.5 mm
5）计算模数m m=1
1z d =195.47=2.5 mm
按标准取模数 m=2.5 mm
6）两轮分度圆直径d 1，d 2
d 1=mz 1=2.5×19=47.5mm
d 2=mz 2=2.5×79=197.5 mm
7）中心距a
a=m ()221z z +=2.5()27919+=122.5 mm
8）齿宽b 1，b 2
b 2=φd d 1=0.4×47.5=18mm ，取b 2=20 mm
b 1=b 2＋（5~10）取b 1=25 mm
9）齿高h
h=2.25m=2.25×2.5=5.625mm
Ⅱ)校核齿根弯曲疲劳强度
由资料得：
F σ=32112m
dz KT φ·Y Fa Y Sa ≤[]F σ 1.大小齿轮的弯曲疲劳强度极限1lim F σ，2lim F σ
查资料得1lim F σ=220 Mpa ，2lim F σ=220Mpa
2.弯曲疲劳强度系数K FN1，K FN2
查资料得K FN1=1.0，K FN2=1.0
3.许用弯曲应力[]1F σ，[]2F σ
取弯曲疲劳安全系数S F =1.4
应力修正系数 Y ST =2.0
得：[]1F σ=K FN1·Y ST ·F
F S 1lim σ=1×220×4.12=314.286 MPa
[]2F σ=K FN2·Y ST ·F
F S 2lim σ=1×180×4.12=257.143 MPa
4.齿形系数Y Fa1、Y Sa1 和应力修正系数Y Fa1、Y Sa2
查资料得Y Fa1=2.478，Y Fa1=2.34
Y Sa1=1.64 Y Sa1=1.715
5.计算大小齿轮的 []11
1F Sa Fa Y Y σ 与[]222F Sa Fa Y Y σ并加以比较取其中大值代入公式计算 []111F Sa Fa Y Y σ=286.31464.1478.2⨯=0.01293 []222F Sa Fa Y Y σ=
143.257715.134.2⨯=0.01561 大齿轮数值大，应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度
6.校核计算2F σ=3
245.2352.01073.2265.12⨯⨯⨯⨯⨯×2.34×1.715 =181.02 MPa []2F σ≤
所以强度足够.
Ⅲ)大齿轮（m ＝4，Z ＝50）的零件工作图见附图
Ⅳ)其他啮合齿轮设计参数计算如下：
轴Ⅱ-Ⅲ之间,有4对啮合齿轮,其设计计算结果如下:
⎩⎨⎧============112.5a 112.5d 5.62h 2.5m 22b 45Z 112.5a 132.5d 5.62h 2.5m 22b 53Z 2
1 ⎩⎨⎧============112.5a 190d 5.62h 2.5m 30b 76Z 112.5a 55d 5.62h 2.5m 35b 22Z 2
1 ⎩⎨⎧============112.5a 150d 5.62h 2.5m 24b 60Z 112.5a 95d 5.62h 2.5m 30b 38Z 2
1
轴Ⅲ-Ⅳ之间,有2对啮合齿轮,其设计计算结果如下:
⎩⎨⎧============144
a 72d 9h 4m 27
b 18Z 144a 216d 9h 4m 22b 54Z 21 ⎩⎨⎧============144a 200d 9h 4m 25b 50Z 144a 88d 9h 4m 30b 22Z 2
1 （三）输出轴的结构设计
轴选用45号钢并经调质处理，查资料得强度极限[]MPa B 650=σ，许用弯曲应力[]MPa b 601=-σ。

1.估计轴的最小直径 d 0min
d 0min = C 3
/n P =114344/98.072.3⨯=49.7mm (C 取114) 取d 0min =50mm
2.确定各轴段尺寸
Ⅰ—Ⅱ段轴头的长度 L 12=43mm.
Ⅰ—Ⅱ段轴头的直径 d 12=50mm.
Ⅱ—Ⅲ段轴身的直径 d 23=45mm.
Ⅱ—Ⅲ段轴身的长度 L 23=137mm.
Ⅲ―Ⅳ段轴环的直径 d 34=54mm.
Ⅲ―Ⅳ段轴环的宽度 L 34=15mm.
Ⅳ―Ⅴ轴段的长度 L 45=40mm.
Ⅳ―Ⅴ轴段的直径 d 45=50mm.
3.轴上零件的周向固定
齿轮处的平键选择 选A 型普通平键，
b ×h=12×8 键长34mm
4.齿轮轮毂与轴的配合
为保证对中良好，采用较紧的过渡配合H7/K6
5.滚动轴承与轴颈的配合
过盈配合H7/m6
6.确定d 12、d 45，选择滚动轴承型号
d 12=50mm. d 45≤50mm.
选2210单列深沟球轴承，内径d=50mm 外径D=90mm
宽度B=20mm
7．确定倒角和圆角尺寸
轴两端的倒角，根据轴径查手册，取倒角为2×450
（四）输出轴的强度校核
I 求轴上载荷
1计算齿轮受力
1)齿轮所受的转矩T
n p
T 61055.9⨯==44
41055.96⨯⨯=868181N ·mm 2)分度圆直径d 1=mZ 1=4×50=200 mm
3)圆周力F t
200
8681812211⨯==d T F t =8681.81N 4)径向力F r
F r = F t ×tan n α=8681.81×tan200=2802.7 N
Ⅱ计算支反力
1)水平面内的支反力F NH1、F NH2
F NH1 =1985
.40⨯t F =577N
F NH2 =1985
.157⨯Ft =2243.7N
2)垂直面内支反力 F NV1、 F NV2
F NV1 =1985
.40⨯r F =573.2N
F NV2 =2243.7－577=1666.7 N
Ⅲ 计算弯矩，绘制弯矩图和扭矩图
1)水平面弯矩
Mxymax= F NV1×40.5
=577×40.5
=23368.5 N ·mm
2).垂直面内弯矩
Mxzmax= F NV2×40.5
=1666.7×40.5
=67501.5 N ·mm
3)合成弯矩M M=22xz xy M M +=2235.675017.1666
+ =71431.9 N ·mm
T=T 1=868181 mm
Ⅳ弯扭合成强度校核
1)求当量弯矩 Me=
()22T
M α+ α为修正系数取0.6 图4-5轴的力分析图
Me=()228681816.09.71431⨯+=525783.5 N ·mm
2)抗弯截面模量 W
33312500501.01.0mm d W =⨯==
3计算支反力
MPa W Me a 1.42125005.525783===σ
[]b a 1-〈σσ ,轴强度足够
（五）绘制输出轴的零件工作图
输出轴的零件工作图见附图。

五 其他选择
（一）联轴器的选择
根据轴的尺寸，传递转矩的大小，考虑起动时需要缓冲减少振动，要有良好的对中性，要满足[T]>Tca=36400N.mm ，[n]>1440r/min 。

经查《机械零件设计手册》选择联轴器的型号为YL5型，孔径为30mm 。

公称转矩为63N ·m 。

（二）轴承的选择
轴承是支撑轴或轴上回转体的部分，根据其工作时接触面的摩擦性质：分为滚动轴承和滑动轴承两大类。

相对于滑动轴承，滚动轴承具有摩擦阻力小，效率高。

容易启动等优点。

因其性能本设计采用滚动轴承来支撑。

滚动轴承又有球轴承和滚子轴承。

因为球轴承比滚子轴承具有较高的极限转速和旋转精度，而我们设计的机床有较高的转速应优先选用球轴承。

因为铣床工作时转速较高，但是轴向载荷不十分大，宜采用深沟球轴承或角接触轴承。

从经济方面考虑球轴承一般而言滚子轴承便宜。

轴承装在长轴上为了便于装拆，应优先选内外圈可分离的轴承。

权衡各方面的要求，轴承的各自优点，本设计采用深沟球滚动轴承。

（三）零件材料的选择
为使零件便于加工制造,选择材料时应考虑零件结构的复杂程度、尺寸大小和毛坯类型.此外,还应考虑材料的易加工性以及热处理后的易加工性.在满足要求和工艺要求的情况下,应尽可能选择价格低廉的材料。

箱体材料应选易铸造并可得到复杂外形，这里选择HT200铸铁铸造。

根据轴的强度，耐磨性，载荷及变形的大小，选择轴材料45号钢热处理加工。

（四）润滑形式的选择
润滑形式有很多种，常见的有润滑油润滑，润滑剂润滑，润滑脂润滑。

由于铣床齿轮啮合需要用油液进行润滑，而且铣床工作有冲击、振动、重载，并经常要起动、停车、变载、变速。

经过综合对比各自的优点和缺点，本设计采用了润滑油润滑，将在最大程度上保证齿轮和滚动轴承的寿命，增加铣床的可利用率。

六小结展望
1. 这次对铣床主轴箱8级传动的设计,完成了床头箱装配展开图
一张（零号图纸，手工绘制）。

主要零件的零件图设计,一张齿轮传动图,一张输出轴图纸.
2. 选择合理的传动方案,对齿轮的结构以及轴的结构进行设计, 齿轮的强度校核和轴的强度校核。

标准件、电动机型号、联轴器的选择、轴承的选择、零件材料的选择和润滑方式的选择等方面进行综合考虑
3、我做这次毕业设计的最大的收获是对以前学过的专业知识进行了综合的回顾,更好地掌握了知识。

当然我缺少实际的生产经验,齿轮结构不够合理,今后我会在实践中增加经验,对设计的铣床主轴箱存在的不之处改进,使结构更加合理。

七谢辞
做这次课题研究的时候，指导老师陶老师给了我极大的帮助和指导。

老师渊博的知识，严谨的治学态度，诚恳的工作作风将使我终生受益。

他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

在此向老师耐心，细致的指导和无微不至的关怀表示衷心感谢。

同时也向帮助过我的其他老师和同学表示衷心的祝愿！更要感谢我的爸爸妈妈，养育之恩，对我的支持, 我无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
八参考文献
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5、邱宣怀主编.《机械设计》（第4版）.北京：高等教育出版社，1997.
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